Vorrichtung zum Abschreckhärten von Schienenkopfilächen, bezw. einer Längsfläche von ähnlichen langgestreckten Werkstücken. Beim Abschreckhärten einer Längsfläche von langgestreckten Werkstücken bestanden bisher grosse Schwierigkeiten, eine überall ichmässige Härtung der Längsfläche zu gleichmässige Härtung der Längsfläche zu erreichen. Die bekannten Vorrichtungen zum Aufbringen des Abschreckmittels weisen in der Längsrichtung der zu härtenden Fläche oder schräg zu dieser und dabei zu der Fläche geneigt angeordnete Düsen auf, aus denen das Abschreckmittel mit verhältnis mässig kleiner Geschwindigkeit auf das Werkstück gespritzt wird.
Bei den bekann ten Vorrichtungen tritt daher der Fall ein, dass die zu härtende Fläche keineswegs lückenlos von dem Abschreckmittel bespült wird, sondern dass erhebliche Teile der Fläche durch sich bildende Dampfteilchen an der beabsichtigten plötzlichen Abkühlung ge hindert werden. Ausserdem zeigt sich der Nachteil, dass besonders bei in Längsrichtung des Werkstückes angeordneten Düsen das ab laufende Abschreckmittel noch nicht ge- härtete Teile der Fläche bespült und so be wirkt, dass diese, wenn sie in den Bereich der Abschreckdüsen gelangen, nicht mehr härt- bar sind.
Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, dass eine einwandfreie Abschreckhärtung nur dann erreicht werden kann, wenn das Abschreckmittel in geschlossenen Strahlen mit so grosser Geschwindigkeit auf die zu härtende Fläche aufgebracht wird, dass eine Dampfbildung nicht eintreten kann, und wenn zugleich dafür gesorgt wird, dass das Abschreckmittel nur kurze Zeit mit dem Werkstück in Berührung ist und abläuft, be vor es eine wesentliche Erwärmung erfahren hat.
Gegenstand der Erfindung ist demnach eine Vorrichtung zum Abschreckhärten von Schienenkopfflächen bezw. einer Längs fläche von ähnlichen langgestreckten Werk stücken, bei welcher das Abschreckmittel mittels quer zu dem Werkstück angeordneter und schräg auf die zu härtende Fläche gerich- teter Schlitzdüsen aufgebracht wird, wobei zwischen diesen und dem Werkstück in Längsrichtung desselben eine Relativbewe gung stattfindet.
Gemäss der Erfindung sind mehrere Schlitzdüsen auf verschiedenen Sei ten der Werkstückbahn abwechselnd gegen einander versetzt angeordnet, zum Zwecke, dass die zu härtende Oberfläche von dem Ab schreckmittel lückenlos bespült wird. In vielen Fällen, z. B. beim Härten von Schie nenköpfen, ist es, wenn die obere Fläche des Werkstückes gehärtet werden soll, zweck mässig, Schutzbleche vorzusehen, die sich mit einer Anschärfung derart federnd an das Werkstück anlegen, dass das ablaufende Ab schreckmittel von den nicht zu härtenden Teilen ferngehalten wird. Noch zweckmässi ger ist es, die Schiene mit dem Kopf nach unten der Härtung zu unterziehen, so dass die Härteflüssigkeit nach Verlassen des Schienenkopfes frei in den Raum ausspritzt und Schienensteg und -fuss nicht berührt.
Die auf der Oberfläche erzeugte Härte und ihre Eindringtiefe ist abhängig von der Zeit, in der das Kühlmittel auf die Ober fläche wirkt. Ist eine bestimmte Anzahl Düsen vorhanden, so ist die Härte von der Geschwindigkeit abhängig, mit der die Schiene zwischen den Düsen hindurchbewegt wird. Durch schnelleres oder langsameres Hindurchbewegen kann die gleiche Schiene an verschiedenen Stellen verschieden stark gehärtet werden. Das ist zum Beispiel von Bedeutung für Schienen, die in Weichen verwendet werden, z. B. Backen- oder Flügel schienen.
An den Stellen, die durch die Eigenart der Radüberläufe eine zusätzliche Beanspruchung erfahren, das heisst stärker auf Verschleiss beansprucht werden, ist eine Teilstreckenhärtung zweckmässig, und zwar derart, dass die Festigkeit je nach der Be anspruchung langsam ansteigt und nach Er reichung einer Höchstgrenze langsam wieder auf die normale Schienenfestigkeit abfällt. Die an- und abfallende Teilstreckenhärtung wird zweckmässig bei hinsichtlich Druck und Geschwindigkeit gleichbleibender Wasser zuführung vorgenommen, indem man die Vorschubbewegung der Schiene dem ange strebten Härteanstieg bezw. -Abfall ent sprechend reguliert.
Die Regulierung der Vorschubbewegung lässt sich zum Beispiel durch ein Rollenpaar erzielen, das - von Hand oder maschinell mit sich ändernder Umfangsgeschwindigkeit angetrieben - die Vorwärtsbewegung der Schiene bewirkt.
Handelt es sich um Schienen, Weichen zungen oder ähnliche Werkstücke grosser Länge, deren Oberfläche auf grosse Strecken gehärtet werden sollen, so geht man bisher meistens derart vor, dass man sie während der Härtung in einer besonderen Vorrichtung einspannt, welche das Werkstück während der Abschreckhärtung in gerader Lage fest hält. Der Erfinder hat nun erkannt, dass durch das Festspannen des Werkstückes beim Härten grosse Spannungen in dem Werkstück erzeugt werden, da das Abschrecken ein Zu sammenziehen bezw. Schrumpfen der von dem Absohreckmittel bespülten Fläche be wirkt.
Nach Lösen der Spannvorrichtung ent steht daher eine Krümmung des Werkstückes, die durch nachfolgendes Richten erst wieder beseitigt werden muss. Da das Richten des gehärteten Werkstückes in kaltem Zustande geschieht, entstehen wiederum Spannungen, die gerade bei einem gehärteten Werkstück, z. B. bei einer Schiene mit gehärtetem Kopf, äusserst gefährlich sind.
Zur Vermeidung dieser Nachteile schlägt der Erfinder vor, geeignete Ausführungs- formen der Vorrichtung zum Abschreckhärten derart auszubilden, dass die das Absehreck- mittel zuführenden Düsen den Bewegungen des nicht eingespannten Werkstückes folgen können.
Dies wird zum Beispiel dadurch erreicht, dass die Schlitzdüsen miteinander und mit an dein zu härtenden Werkstück an liegenden Führungen derartig gelenkig ver bunden sind, dass sie den beim Härten auf tretenden Verziehungen des ZWerkstuelzes folgend stets die zu härtende Oberfläche mit dem Abschreckmittel bespülen.
Zweckmässig ist es, für die Führung der Düsen Rollen vorzusehen, welche auf der der zu härtenden Fläche abgewandten Seite des Werkstüsskes abrollen und die Düsen tragen.
Bei dieser Ausführungsform der Vorrich tung nach der Erfindung ist es möglich, das Werkstück während der Abschreckhärtung nicht einzuspannen. Wenn nun beim Ab schrecken des Werkstückes, z. B. des Schie nenkopfes, ein Verziehender Schiene eintritt, so folgen die Düsen der Bewegung der Schiene, und diese kann die infolge der Ab kühlung des Schienenkopfes eintretende ge bogene Form annehmen. Während sich der Kopf der warmen Schiene beim Härten zu sammenzieht, folgt also der übrige Teil der Schiene, der infolge seiner hohen Temperatur noch ein hohes Formänderungsvermögen be sitzt, der durch die Abkühlung auftretenden Krümmung des Schienenkopfes.
Nach er folgter Härtung des Schienenkopfes kühlen auch die übrigen Teile der Schiene allmählich ab und ziehen sich infolgedessen derart zu sammen, dass die durch die Härtung erzeugte Krümmung auf dem Wege natürlicher Ab kühlung ganz oder doch nahezu ganz wieder aufgehoben wird. Versuche haben gezeigt, dass es bei der Härtung von Schienen mit der Vorrichtung nach der Erfindung möglich ist, fast gerade Schienen mit gehärtetem Kopf zu erzeugen. Jedenfalls ist die zu leistende Richtarbeit verschwindend gering und wer den gefährliche Spannungen fast restlos ver mieden.
Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeichnung dar gestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 eine Vorrichtung zum Härten des Schienenkopfes, welche d azu dient, den Kopf einer mit dem Fuss nach unten in der Längs richtung bewegten Schiene abzuschrecken; Fig. 2 zeigt eine Abschreckhärtevorrich tung nach der Erfindung, bei welcher die Schiene mit dem Kopf nach unten an den Schlitzdüsen vorbeibewegt wird. In den Fig. 3 und 4 ist die Anordnung der Schlitzdüsen nach Fig. 2 in grösserem Mass- stabe dargestellt.
In Fig. 1 sind die zum Aufbringen des Abssshreckmittels dienenden, abwechselnd ge- geneinander versetzt zu verschiedenen Seiten des Schienenkopfes angeordneten, etwas ge neigt, das heisst schräg zur ebenen Schienen oberflüche angeordneten Schlitzdüsen mit 1 bezeichnet. Die einzelnen Strahlen des Ab schreckmittels bespülen die Oberfläche des Schienenkopfes mit so hoher Geschwindig keit, dass die einzelnen Teilohen die Ober fläche verlassen, bevor sie eine wesentliche Erwärmung erfahren haben. Auf diese Weise wird erreicht, dass sich keine Dampfteile bilden, die ein wirksames Abschrecken einzel ner Teile der zu härtenden Oberfläche ver hindern würden. Da die einzelnen Strahlen der Schlitzdüsen sieh gegenseitig derart er gänzen, dass die Oberfläche lückenlos bespült wird, ist eine einwandfreie Härtung des Schienenkopfes gegeben.
Das Werkstück wird während der Bespülung an den Düsen vor beigeführt, so dass die Strahlen auf immer neue Teile der zu härtenden Oberfläche auf treffen. Natürlich ist es auch möglich, statt des Werkstückes die Düsen zu bewegen. Durch Regulierung der Geschwindigkeit des Werk- Stückes bezw. der Düsen, sowie durch Ver änderung des Aufspritzwinkels und der Strahlgeschwindigkeit kann der Härtegrad in weiten Grenzen verändert werden.
Bei der inder Zeichnung in Fig. 1 dar gestellten Vorrichtung sind Schutzbleche 2 vorgesehen, welche mit Anschärfungen 3 ver sehen sind. Die Schutzbleche 2 greifen unter den Schienenkopf und legen sieh mit den An schärfungen 3 federnd gegen die Schiene, so dass das ablaufende Abschreokmittel vom Schienenfuss und -steg ferngehalten wird. Beiderseits des zu härtenden Werkstückes an gebracht sorgen die Ssshutzbleohe zugleich für genaueste Führung dar Schiene.
In. Fig. 2 ist 4 die Schiene, deren Kopf gehärtet werden soll. Die Schiene wird von Rollen 5, die in einem Ständer 1.3 fest ge- lagert sind, mit bestimmter, veränderlicher Geschwindigkeit der Abs!ohreokhärtevorrioh- tung 12,
zugeführt. Die Härtevorrichtung 12 besteht aus zahlreichen versetzt zueinander angeordneten .Schlitzdüsen 6, welche unter einem geringen Winkel (also etwas schräg zu der zu härtenden Fläche) und quer zu der zu härtenden Schiene das Absechreckmittel auf die Oberfläche des Schienenkopfes spritzen. Die Düsen 6 sind jeweils paarweise fmnit einem gemeinsamen Rohrstück i starr verbunden.
Die einzelnen Rohrstücke der aufeinander folgenden Düsenpaare sind durch nach giebige Zwischenglieder miteinander verbun den. Jedes Düsenpaar steht über Traghebel 8 mit einem Bolzen 9 in Verbindung, der eine Rolle 10 trägt, die auf dem Schienen fuss aufliegt und bei WVeiterbewegung der Schiene auf diesem abrollt. Das freie Ende 11 jedes Traghebels 8 hat eine Bohrung. durch die der feste Bolzen 9 des nächsten Düsenpaares hindurch geführt ist. Auf diese Weise ist eine gelenkige Verbindung der auf einander folgenden Rallen gegehen.
Nach Verlassen der Härtevorrichtung wird die Schiene von einem in einem zweiten Ständer 14 beweglich gelagerten Rollenpaar aufgenommen, das die Fortbewegung der Schiene übernimmt, nachdem diese die Rollen 5 verlassen hat. Das Rollenpaar 15 ist fe dernd aufgehängt und kann den Bewegun gen der Schiene folgen. In demn Ständer 14 ist auch das Ende der Düsenreilhe beweglich gelagert, so dass auch dieses den Krüm mungen der Schiene folgen kann.
Wird die Schiene, die vom Walzwerk kommt, durch die Rollen 5, welche gege benenfalls als Richtrollen ausgebildet sein können und der Schiene eine geeignete Vor krümmung geben, erfasst und der Hä rte- vorrichtung zugeführt, so hellen sich die, Rollen 10) der nach unten durchhängenden Düsenkette, sobald die Spitze der Schien(, die nächste Rolle erreicht. Mit den Rollen heben sich die Düsen, so dass der Flüssigkeits strahl den Schienenkopf stets in gleicher Höhe bespritzt.
Device for quench hardening of rail head surfaces, respectively. a longitudinal surface of similar elongated workpieces. When quenching a longitudinal surface of elongated workpieces, there have hitherto been great difficulties in achieving uniform hardening of the longitudinal surface to uniform hardening of the longitudinal surface. The known devices for applying the quenching agent have in the longitudinal direction of the surface to be hardened or at an angle to this and inclined to the surface nozzles, from which the quenching agent is sprayed onto the workpiece at a relatively low speed.
In the case of the known devices, it is therefore the case that the surface to be hardened is by no means completely flushed with the quenchant, but rather that considerable parts of the surface are prevented from the intended sudden cooling by the formation of vapor particles. In addition, there is the disadvantage that, particularly with nozzles arranged in the longitudinal direction of the workpiece, the quenching agent that runs off rinses parts of the surface that have not yet hardened and has the effect that they can no longer be hardened when they get into the area of the quenching nozzles are.
The invention is based on the idea that perfect quench hardening can only be achieved if the quenching agent is applied in closed jets to the surface to be hardened at such a high speed that vapor formation cannot occur, and if care is taken at the same time, that the quenchant is only in contact with the workpiece for a short time and runs off before it has undergone substantial heating.
The invention accordingly provides a device for quench hardening of rail head surfaces BEZW. a longitudinal surface of similar elongated work pieces, in which the quenching agent is applied by means of slot nozzles arranged transversely to the workpiece and directed obliquely to the surface to be hardened, a relative movement taking place between these and the workpiece in the longitudinal direction of the same.
According to the invention, several slot nozzles are arranged alternately offset from one another on different sides of the workpiece path, for the purpose that the surface to be hardened is completely flushed with the detergent. In many cases, e.g. B. when hardening Schie nenkeads, it is, if the upper surface of the workpiece is to be hardened, expediently to provide protective plates that apply so resiliently to the workpiece with a sharpening that the expiring detergent from the parts not to be hardened is kept away. It is even more expedient to subject the rail to the hardening process with the head facing downwards, so that the hardening liquid squirts freely into the space after leaving the rail head and does not touch the rail web and base.
The hardness generated on the surface and its depth of penetration depend on the time in which the coolant acts on the surface. If there is a certain number of nozzles, the hardness depends on the speed at which the rail is moved between the nozzles. By moving it through faster or slower, the same splint can be hardened to different degrees in different places. This is important, for example, for rails that are used in turnouts, e.g. B. cheek or wing seemed.
Partial hardening is advisable at those points that are subject to additional stress due to the nature of the wheel overhangs, i.e. that are subjected to greater wear and tear, in such a way that the strength increases slowly depending on the stress and slowly increases again after a maximum limit has been reached drops to normal rail strength. The increasing and decreasing partial hardening is expediently carried out with constant water supply in terms of pressure and speed by moving the feed movement of the rail to the desired increase in hardness. -Waste regulated accordingly.
The regulation of the feed movement can be achieved, for example, by a pair of rollers that - driven by hand or by machine with changing peripheral speed - cause the rail to move forward.
When it comes to rails, switch tongues or similar workpieces of great length, the surface of which is to be hardened over long distances, the procedure so far has usually been to clamp them in a special device during hardening, which the workpiece in during quench hardening in a straight position. The inventor has now recognized that by tightening the workpiece during hardening, large tensions are generated in the workpiece, since the quenching causes a pull together or. Shrinkage of the surface flushed by the suction device acts be.
After releasing the clamping device, there is therefore a curvature of the workpiece, which must first be removed again by subsequent straightening. Since the straightening of the hardened workpiece takes place in the cold state, tensions arise in turn, which especially in a hardened workpiece, eg. B. in a rail with a hardened head, are extremely dangerous.
In order to avoid these disadvantages, the inventor proposes to design suitable embodiments of the device for quench hardening in such a way that the nozzles supplying the retainer can follow the movements of the unclamped workpiece.
This is achieved, for example, in that the slot nozzles are articulated to each other and to guides lying on the workpiece to be hardened in such a way that they always flush the surface to be hardened with the quenching agent following the distortions of the workpiece that occur during hardening.
It is useful to provide rollers for guiding the nozzles, which roll on the side of the workpiece facing away from the surface to be hardened and which carry the nozzles.
In this embodiment of the Vorrich device according to the invention, it is possible not to clamp the workpiece during the quench hardening. If now when from scare the workpiece, z. B. of the rail head, a warping rail occurs, the nozzles follow the movement of the rail, and this can take the ge curved shape occurring as a result of the cooling from the rail head. While the head of the warm rail contracts during hardening, the remaining part of the rail, which still has a high deformability due to its high temperature, follows the curvature of the rail head caused by cooling.
After the rail head has hardened, the remaining parts of the rail gradually cool and as a result pull themselves together in such a way that the curvature produced by the hardening is completely or almost completely canceled by natural cooling. Tests have shown that when hardening rails with the device according to the invention it is possible to produce almost straight rails with a hardened head. In any case, the straightening work to be done is negligible and the dangerous tensions are avoided almost entirely.
Embodiments of the subject matter of the invention are shown in the drawing, namely: Figure 1 shows a device for hardening the rail head, which is used to quench the head of a rail moved with the foot down in the longitudinal direction; Fig. 2 shows a Abschreckhärtvorrich device according to the invention, in which the rail is moved with the head down to the slot nozzles. In FIGS. 3 and 4 the arrangement of the slot nozzles according to FIG. 2 is shown on a larger scale.
In FIG. 1, the slotted nozzles, which are used to apply the drainage agent and are alternately offset from one another on different sides of the rail head, tend to be somewhat inclined, that is, slot nozzles arranged at an angle to the flat surface of the rails are denoted by 1. The individual jets of the detergent wash the surface of the rail head at such a high speed that the individual parts leave the surface before they have experienced significant heating. In this way it is achieved that no vapor parts are formed which would prevent individual parts of the surface to be hardened from being effectively quenched. Since the individual jets of the slot nozzles complement one another in such a way that the surface is completely rinsed, the rail head cures perfectly.
The workpiece is fed to the nozzles during the purging process, so that the jets constantly hit new parts of the surface to be hardened. Of course, it is also possible to move the nozzles instead of the workpiece. By regulating the speed of the work piece respectively. of the nozzles, as well as by changing the spraying angle and the jet speed, the degree of hardness can be changed within wide limits.
In the device provided in the drawing in Fig. 1, protective plates 2 are provided, which are seen with 3 sharpenings ver. The protective plates 2 grip under the rail head and place see with the sharpenings 3 resiliently against the rail, so that the running abortion agent is kept away from the rail base and web. On both sides of the workpiece to be hardened, the Ssshutzbleohe also ensure the most precise guidance of the rail.
In. Fig. 2 is the rail whose head is to be hardened. The rail is supported by rollers 5, which are fixedly mounted in a stand 1.3, at a certain, variable speed of the Abs! Ohreokhärtvorrioh- device 12,
fed. The hardening device 12 consists of numerous slotted nozzles 6 arranged offset to one another, which spray the detergent onto the surface of the rail head at a small angle (i.e. slightly oblique to the surface to be hardened) and across the rail to be hardened. The nozzles 6 are each rigidly connected in pairs to a common pipe section i.
The individual pieces of pipe of the successive pairs of nozzles are connected to one another by flexible intermediate members. Each pair of nozzles is connected via support lever 8 to a bolt 9, which carries a roller 10 which rests on the rail foot and rolls on it when the rail moves further. The free end 11 of each support lever 8 has a bore. through which the fixed bolt 9 of the next pair of nozzles is passed. In this way, an articulated connection between the successive rails is possible.
After leaving the hardening device, the rail is received by a pair of rollers which are movably mounted in a second stand 14 and which take over the movement of the rail after it has left the rollers 5. The pair of rollers 15 is hung up and can follow the movements of the rail. The end of the row of nozzles is also movably mounted in the stand 14, so that it too can follow the curvature of the rail.
If the rail coming from the rolling mill is grasped by the rollers 5, which if necessary can be designed as straightening rollers and give the rail a suitable pre-curvature, and fed to the hardening device, the rollers 10) of the lightening The nozzle chain sags at the bottom as soon as the tip of the rail (, reaches the next roller. With the rollers, the nozzles rise so that the liquid jet always sprays the rail head at the same height.